مراجعة على المجال المغناطيسي والتيار الكهربي الجزء الأول فيزياء ثانوية عامة

الكميات الفيزيائية الخاصة بالمجال المغناطيسى
الفيض المغناطيسى
يقدر بالعدد الكلى لخطوط الفيض المغناطيسى المارة عموديا على مساحة ما.
الوحدة العملية للفيض المغناطيسى هى الوبر web
شدة المجال المغناطيسى
ويعبر عن شدة المجال المغناطيسى  بكثافة الفيض المغناطيسىB .
هو الفيض المغناطيسى لوحدة المساحات
أو هو عدد خطوط الفيض المارة عموديا بوحدة المساحات المحيطة بتلك النقطة.

وحدات قياس كثافة الفيض المغناطيسى.

 

الحالة	الزاويةq بين مستوى الملف (المساحة) والفيض المغناطيسى
الملف عمودى على اتجاه الفيض	90o   = qالفيض المار بالملف نهاية عظمى
الملف موازى لاتجاه الفيض	صفر   = qلا يمر الفيض بالملف
دار الملف بمقدار30  من الوضع العمودى على الفيض	90 +  30 = 120 o   = q
دار الملف بمقدار 30 من الوضع الموازى للفيض	30o  = q

 

المجال المغناطيسى الناشئ عن مرور تيار كهربى في موصل على شكل

شكل المجال المغناطيسى :

على شكل دوائر متحدة المركز مركزها السلك .
تعيين اتجاه الفيض المغناطيسى الناشئ عن مرور تيار فى سلك مستقيم:
1- عمليا بواسطة استخدام بوصلة:
حيث يدل اتجاه قطبها الشمالى على اتجاه المجال (خطوط الفيض).
2- نظريا بواسطة قاعدة اليد اليمنى لأمبير:
نتصور أننا نقبض على السلك باليد اليمنى بحيث يشير الإبهام إلى اتجاه التيار الكهربى فإن اتجاه باقى الأصابع تشير إلى اتجاه المجال المغناطيسى للتيارالكهربى .

العوامل الى تتوقف عليها كثافة الفيض (B) الناشئ عن مرور تيار فى سلك مستقيم:

1- شدة التيار(I)
كثافة الفيض تتناسب طرديا مع شدة التيار
2- المسافة العمودية (d)بين النقطة ومحور السلك
كثافة الفيض تتناسب عكسيا مع بعد النقطة عن محور السلك
3- النفاذية المغناطيسية للوسط   m
وهى قابلية الوسط لنفاذ الفيض المغناطيسى خلاله .
كثافة الفيض تتناسب طرديا مع النفاذية المغناطيسية للوسط
ملاحظات:





 
نلاحظ فى الحالات السابقة
1- اذا كان اتجاه الفيض المغناطيسى الناتج عن كل سلك عند النقطة المراد حساب الفيض الكلى عندها فى نفس الاتجاه فان
B2     +B1    = Bt
2- اذا كان اتجاه الفيض المغناطيسى الناتج عن كل سلك عند النقطة المراد حساب الفيض الكلى عندها فى عكس  الاتجاه فان B2     –B1    = Bt
نقطة التعادل:
هى النقطة التى يكون عندها محصلة كثافة الفيض المغناطيسى  = صفر
ونلاحظ الاتى :-
1- توجد نقطة التعادل بين السلكين إذا كان التياران فى السلكين فى نفس الاتجاه وبجوار السلك الأقل تيار حيث يكون اتجاه الفيض الناشىء عن السلك الأول يعاكس اتجاه الفيض الناشىء عن السلك الثانى ويساويه فى المقدار .
2- توجد نقطة التعادل خارج السلكين إذا كان التياران فى السلكين فى اتجاهين متضادين  وبجوار السلك الأقل تيار حيث يكون اتجاه الفيض الناشىء عن السلك الأول يعاكس اتجاه الفيض الناشىء عن السلك الثانى ويساويه فى المقدار .

س: متى لا توجد نقطة تعادل لسلكين متوازيين يمر بهما تيار كهربى  ؟

الحل   عندما يمر بهما تيار كهربى له نفس الشدة ومتعاكسان فى الاتجاه .
ملاحظات:
1- إذا كان الفيضان بينهما زاوية q عند نقطة فان محصلة كثافة الفيض عند هذه النقطة يتعين من العلاقة
وعلى ذلك فإذا كان الفيضان متعامدان فان  90 = q  ويصبح  صفرCos 90 =
ويصبح  محصلة كثافة الفيض عند هذه النقطة يتعين من العلاقة
النقطة التى توضع عندها بوصلة مغناطيسية ولا تتحرك هى نقطة التعادل

ثانياً: المجال المغناطيسى لتيار كهربى يمر فى ملف دائرى :-

شكل المجال المغناطيسى :-
يشبه إلى حد كبير المجال المغناطيسى لمغناطيس قصير:
حيث يكون الوجه الذى يبدو فيه اتجاه التيار عند النظر إليه فى اتجاه حركة عقارب الساعة قطبا جنوبيا
والوجه الذى يبدو فيه اتجاه التيار عند النظر إليه عكس حركة عقارب الساعة قطبا شماليا.

 
خواص خطوط الفيض المغناطيسى للملف الدائري:-
1- تفقد خطوط الفيض دائريتها.
2- تختلف كثافة الفيض من نقطة لنقطة أخري.
3- خطوط الفيض عند محور الملف  خطوط مستقيمة متوازية متعامدة على مستوى الملف
وهذا يدل على أن المجال منتظما فى هذه المنطقة ,وفى اتجاه المحور أى عموديا على مستوى الملف.
حساب كثافة الفيض المغناطيسى (B)عند مركز ملف دائري:-
نفرض ملفا دائريا نصف قطره( r )متر,وعدد لفاته (N)لفة,ويمر به تيار شدته (I) أمبير,فإن

العوامل التى تتوقف عليها كثافة الفيض المغناطيسى فى مركز  ملف دائرى يحمل تيارا:

1- عدد لفات الملف الدائرى  ( N ) تتناسب كثافة  الفيض تناسبا طرديا مع عدد اللفات .
2- شدة التيار المار فى الملف ( I )  تتناسب كثافة  الفيض تناسبا طرديا مع شدة التيار.
3-نصف قطر الملف الدائرى (r  )  تتناسب تناسبا عكسيا مع نصف قطر الملف.
4  – النفاذية المغناطيسية للوسط   m
كثافة الفيض تتناسب طرديا مع النفاذية المغناطيسية للوسط

تعيين اتجاه المجال المغناطيسى عند مركز ملف دائرى يمر به تيار:

1- عمليا: بوضع البوصلة المغناطيسية عند مركز الملف الدائرى الذى يمر به تيار فيشير قطبها الشمالى إلى اتجاه المجال
2- نظريا:  بتطبيق قاعدة البريمة اليمنى ….
قاعدة البريمة اليمنى : اذا اشار اتجاه دوران بريمة يمنى الى اتجاه التيار فى الملف فإن اتجاه فان اتجاه اندفاعها يشير الى اتجاه المجال المغناطيسى
الملف الدائرى فى حالة مرور التيار به يكافئ (ثنائى قطب مغناطيسي)
حيث لا يوجد فى الطبيعة أقطاب منفردة ,فدائما يوجد قطبان أحدهما قطب شمالي.والآخر قطب جنوبي.
الملف الدائرى الذى يمر فيه تيار يماثل مغناطيس على هيئة قرص مصمت له قطبان مستديران

قاعدة عقارب الساعة لتحديد قطبية وجه الملف

اذا اشار اتجاه التيار الكهربى فى الوجه الى اتجاه عقارب الساعة فان هذا الوجه يشبه قطب جنوبى
اما اذا اذا اشار اتجاه التيار الكهربى فى الوجه الى اتجاه عكس عقارب الساعة فان هذا الوجه يشبه قطب شمالى

ملاحظات عند حل المسائل:

1- يتعين عدد اللفات بمعلومية طول سلك الملف.من العلاقة : حيث L  طول السلك , r نصف قطر الملف اى ان   طول سلك الملف كله  =  محيط اللفة × عدد اللفات اذا كان السلك يكون اقل من لفة فيكون :-
2- فى حالة ملفين دائريين لهما مركز مشترك واحد . فإذا كان:
(أ)التيار المار فيهما فى اتجاه واحد والملفان فى نفس المستوى . فإنه:

• عند المركز المشترك Bt= B1 + B2 .
  

(ب)- التيار المار فيهما فى اتجاهين متضادين( او دار احد الملفين بمقدار 180   درجة  ) فإن :-
Bt  =  B1  –  B2                                             حيث  B1  أكبر من  B2

• عند نقطة التعادل,فإن B1  = B2
  

(ج) إذا كان الملفان متعامدين (او دار احد الملفين بمقدار 90  درجة ) فإن:
 

ثالثاً: المجال المغناطيسي لتيار كهربي يمر في مرحلة لولبي (حلزوني)

شكل المجال المغناطيسي
1- داخل الملف:-  يكاد يكون منتظما أى أن خطوط الفيض عند محور الملف تكون متوازية , وموازية لمحوره.
2 – خارج الملف :- يشبه المجال المغناطيسى الناتج عن قضيب مغناطيسي
3- كل خط يمثل مسارا متصلا داخل و خارج الملف .
*ويلاحظ ان :-  طرف الملف الذى تخرج منه خطوط الفيض المغناطيسى هو القطب الشمالي و الطرف الذى تدخل فيه هو القطب الجنوبي.

 حساب كثافة الفيض المغناطيسي( B )

العوامل التى تتوقف عليها كثافة الفيض المغناطيسي(B) عند أى نقطة على المحور داخل الملف اللولبي.

1- شدة التيار(I)   
تتناسب كثافة الفيض المغناطيسى طرديا مع شدة التيار.
2- عدد اللفات (N) 
تتناسب كثافة الفيض المغناطيسى طرديا مع عدد اللفات .
3- طول الملف(L)  
تتناسب كثافة الفيض المغناطيسى عكسيا مع طول الملف
( أو تتناسب كثافة الفيض المغناطيسى طرديا مع عدد اللفات فى وحدة الأطوال)
 4  – النفاذية المغناطيسية للوسط   m
تعيين اتجاه المجال المغناطيسي
ويتم ذلك بتعيين نوع القطب فى كل من وجهى الملف اللولبي.
بواسطة قاعدة اليد اليمنى لأمبير.
قاعدة أمبير لليد اليمني:
نتخيل أننا نقبض على الملف باليد اليمنى بحيث تشير أصابع اليد اليمنى ما عدا الإبهام إلى اتجاه التيار  فى الملف فيكون اتجاه الإبهام العمودى على الأصابع

علل:

 1 ــ يمكن زيادة شدة المجال المغناطيسى الناشئ عن مرور تيار فى ملف بوضع قضبان من الحديد المطاوع داخل الملف.

لأن  النفاذية المغناطيسية للحديد كبيرة جدا بالنسبة للنفاذية المغناطيسية  للهواء كما أن القلب الحديدى يتمغنط نتيجة مرور التيار فى الملف وينشأ عنه خطوط فيض مغناطيسى تضاف لخطوط الفيض الناشئ عن تيار الملف .

2-  قد يمر تيار كهربى مستمر فى ملف حلزونى ولا يتولد عنه  مجال مغناطيسى  (او قد لاتتمغنط ساق حديد فى لف حولها سلك يمر به تيار مستمر )

لان الملف يكون ملفوفا لفا مزدوجا حيث يلاشى المجال المغناطيسى لاحد الفرعين المجال الناشىء عن الفرع الاخر حيث يكون اتجاه التيار فى احد الفرعين فى عكس اتجاه التيار فى الفرع الاخر .

3- يمكن الحصول على ملف لولبى يمر به تيار كهربى مستمر ويكون له قطبان خارجيان متشابهان فى طرفيه

حيث يتم ذلك بطريقتين هما

س:- ملف حلزونى من النحاس  طوله L وعدد لفاته N متصل ببطارية قوتها الدافعة الكهربية VB  ماذا يحدث عند :-

1	وضع اسطوانه من الحديد المطاوع داخل الملف	تزداد كثافة الفيض المغناطيسى لان النفاذية المغناطيسية للحديد اكبر منها للهواء فيعمل على تركيز خطوط الفيض .حيث
2	تقليل المسافة الفاصلة بين كل لفتين الى النصف	تزداد كثافة الفيض الى الضعف لان طول الملف يقل الى النصف مع ثبوت عدد اللفات. حيث
3	قطع نصف طول الملف  وتوصيل ما تبقى منه بنفس البطارية	تزداد كثافة الفيض الى الضعف لان مقاومة الملف تقل الى النصف   فتزداد شدة التيار الى الضعف مع ثبوت عدداللفات فى وحدة الاطوال .حيث
4	استبدال الملف النحاسى باخر من الالمونيوم	تقل كثافة الفيض لان المقاومة النوعية للنحاس اقل من المقاومة النوعية للالمونيوم  فيكون مقاومة ملف النحاس اقل من مقاومة ملف الالمونيوم فيصبح شدة التيار المار فى ملف النحاس اكبر منها فى الالمونيوم  حيث

 س:- فى الشكل المقابل ملف مثبت فوق قطعة حديد مطاوع موضوع على قب ميزان :-
(أ) حدد نوع القطب المتكون فى الملف عند الطرف القريب من قطعة الحديد مع ذكر
اسم القاعدة المستخدمة فى تحديد قطبية الملف
(ب) ماذا يحدث لقراءة الميزان
1- عند غلق المفتاح k .
2-اذا عكس قطبى البطارية .
الحل
(أ)  يتكون قطب شمالى والقاعدة المستخدمة  امبير لليد اليمنى
(ب)   1- تقل قراءة الميزان لان المجال المغناطيسى الناتج من الملف يعمل على مغنطة قطعة
الحديد فيجذب الملف قطعة الحديد حيث يتكون قطب جنوبى عند الطرف القريب من الملف
2-  تزداد قراءة الميزان حيث يحدث تنافر بين الملف وقطعة الحديد
لاحظ ان :-
قطبية الملف تتغير بتغيير اتجاه التيار أما قطعة الحديد لا تتغير قطبيتها .
1- يتعين عدد اللفات بمعلومية طول سلك الملف.من العلاقة :
حيث L  طول السلك (طول سلك الملف وليس طول الملف ), r نصف قطر الملف
اى ان   طول سلك الملف كله  =  محيط اللفة × عدد اللفات
لاحظ أنه فى الملف الحلزونى طول سلك الملف اكبر دائما من طول الملف
2-إذا تم إبعاد لفات الملف الدائرى ,فإنه يصبح ملفا لولبيا ونطبق قانون الملف اللولبى حيث عدد اللفات لم يتغير أو شدة التيار.
3- وللمقارنة بين كثافتى الفيض فى الحالتين نطبق العلاقة:
لتحميل الدرس بصيغة PDF اضغط هنا..